[发明专利]定向自组装模板转移方法

说明书

本发明提供了一种定向自组装模板转移方法。该方法包括以下步骤：在衬底上形成苯乙烯‑碳酸酯嵌段共聚物层并进行定向自组装，以使苯乙烯‑碳酸酯嵌段共聚物层形成垂直的相分离，得到自组装模板，自组装模板包括由聚苯乙烯构成的第一区域以及由聚碳酸酯构成的第二区域；去除第一区域，得到由第二区域构成的光刻图形结构，光刻图形结构具有光刻图案；将衬底表面氧化以形成缓冲层，并以光刻图形结构为掩膜刻蚀缓冲层，得到图形化缓冲层；以图形化缓冲层为掩膜刻蚀衬底，以在衬底表面形成纳米图形结构。上述方法无需中性层(无规共聚物材料)，并且形成的缓冲层降低了刻蚀过程中对嵌段共聚物分子弱刻蚀特性的高度依赖，工艺简单且易于实施。

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，具体而言，涉及一种定向自组装模板转移方法。

背景技术

嵌段共聚物定向自组装光刻(Directed Self-Assembly of Block CopolymerLithography)简称DSA，采用的是由化学性质不同的两种单体聚合而成的嵌段共聚物作为原材料，在热退火下分相形成纳米尺度的图形，再通过一定的方法将图形诱导为规则化的纳米线或纳米孔阵列，从而形成刻蚀模板进行纳米结构的制造。与其他几种技术(极紫外光刻(EUV)、纳米压印(NIL)、多电子束直写技术(M-EBDW)、无掩磨光刻(Masklesslithography))相比，DSA因为无需光源和掩膜版，具有低成本、高分辨率、高产率的固有优势，正快速得到人们的广泛关注。

嵌段共聚物(Block Copolymer)自组装是一种全新的“自下而上”(Bottom-up)的加工技术，由于它是从分子水平出发进行纳米结构的构建，因此可以形成从几纳米到数百纳米、甚至微米级、分辨率几乎连续可调整的多种多样，且具有井然有序规则排列的纳米结构。由于嵌段共聚物中的共价键(例如氢键、F-或者-NH-)连接嵌段在化学上具有不相容性而易发生自组装，利用嵌段共聚物分子的微观相分离作用，可以方便地获得长程有序的周期性结构。因为自组装形成的周期性结构非常规整其尺寸统一，其在半导体制造中可以有相当广泛的应用，例如层状相可以进行FinFET中Fin结构和栅结构的制造，以及第一层金属互连层的图形化，柱状相可以进行接触孔的制造。

利用以上嵌段共聚物的特性，使其在薄膜、孔、洞、槽中进行定向自组装(DirectedSelf-assembly,DSA)，可以形成不同纳米结构图案。当前，通过构建自组装模板制备纳米结构及纳米器件已经成为当前的研究热点。关键在于先利用嵌段共聚物自组装制备模板(模板制备)，进而形成光刻图形，再用干法刻蚀(湿法腐蚀)技术将其转移到衬底上(模板转移)，从而可以用来制备不同尺寸可控的纳米结构阵列、集成电路设计、纳米器件。通过改变嵌段共聚物的链长、组成、旋涂膜厚、退火温度时间等，使其在薄膜、孔、洞、槽中进行定向自组装，可以形成不同的图案，如球状相(S,S')、柱状相(C,C')、螺旋状相(G,G')和层状相(L)等。

传统的嵌段共聚物自组装采用的是PS-b-PMMA，其在模板转移工艺中需要中性层(无规共聚物材料)。而为了增强图形的抗蚀性，上述传统工艺中还进一步采用了原子层沉积Al₂O₃(ALD Al₂O₃)增强的转移技术，它是利用TMA前驱体容易吸附在含有羟基(-OH)的亲水性材料表面，而不易吸附在非亲水性表面上，从而可以进行选择性的Al₂O₃原子层沉积。这种技术能够极大的降低刻蚀对嵌段共聚物的依赖。可以将增强后的Al₂O₃图形转移到下面的衬底上，然而，值得注意的是，在Al₂O₃向下方衬底转移过程中，由于一般采用碳氟基刻蚀气体，在工艺过程中产生的AlFx附产物易于沉积在底部，往往需要大量的过刻蚀及必要的清洗过程，使得其刻蚀深度较难控制。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种定向自组装模板转移方法，以解决现有技术中定向自组装模板转移方法工艺复杂且难以控制的问题。